3D衍射光場的點云計算方法與加速.pdf

1、全息顯示能夠提供幾乎等同于真實世界的三維圖像，能充分地傳遞人類感知三維物體的所有深度刺激，將是三維成像和顯示的終極目標。一個視頻成像系統(tǒng)包括若干功能性部分，包括獲取、壓縮、傳輸和顯示等。其中，獲取是非常重要的一步。與傳統(tǒng)光全息術中采用光干涉方法相比，面向數(shù)字全息的計算產(chǎn)生全息圖的方法顯然具備對環(huán)境要求低、靈活性高、可以對物光波的數(shù)學描述進行直接編碼等優(yōu)點。但是，三維衍射場的計算涉及信號處理和光學理論等基礎性問題，仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，探尋降

2、低三維衍射場計算復雜度的方法以及探討相應的離散化準則仍是目前的研究熱點。
　　計算全息涵蓋極其豐富的信號處理問題，例如，F(xiàn)resnel核既不是帶限也不是空間有限的，但它仍然能從它們有限的采樣中恢復完整的Fresnel衍射場。根據(jù)Wigner分布分析，信號的相干編碼比非相干編碼情況下包含更多重構(gòu)所需的主要信息。因此，一方面為了產(chǎn)生生動真實的三維圖像，應該計算標量衍射形式二項級數(shù)展開的Fresnel(而不是遠場Fraunhofer)全

3、息圖，導致產(chǎn)生的高空間帶寬積和二項級數(shù)的復波衍射場給計算全息造成巨大的挑戰(zhàn)，另一方面相干的Fresnel衍射場具有一些性質(zhì)可以用作加速計算方法的基礎。計算三維衍射場的方法有很多，本文以點云方法為基礎，對Fresnel衍射場的加速計算方法進行進一步探究。首先，通過探究衍射場的采樣問題并結(jié)合菲涅耳衍射傳播在傳播方向的可逆性給出一種間接計算方法;其次，通過對查找表方法的研究并結(jié)合Gabor波帶片或Gabor透鏡的條紋圖案具有的空間對稱性，對原

4、有查找表方法進行改進進而提高計算效率。
　　論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新情況如下:
　　(1)根據(jù)點云算法的采樣標準并結(jié)合菲涅爾傳播的可逆性給出雙步計算方法，使用該方法可以獨立設定源場景與全息面的采樣間距。在實際計算過程中根據(jù)需要對全息面與源場景設定不同的采樣間距，從而在保證人眼觀察效果的前提下，有效增大源場景采樣間距，減少點云數(shù)量，提高計算效率。
　　(2)在新型查找表方法的基礎上進行改進，提出一種計算主要條紋圖案的新方